Diferencias entre usar variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas y válvulas de control

Utilizar los variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas permiten que exista un ahorro de energía significativo, ya que la capacidad de bombeo se ajusta exactamente a los requisitos del proceso. El modo de operación de este método de control funciona de acuerdo a como se mueven las curvas de la bomba con respecto a las leyes de afinidad.

Dicho de otro modo, si se reduce la velocidad del impulsor de la bomba, la curva de la bomba se mueve hacia abajo. Si la velocidad aumenta, se mueve hacia arriba. Esto significa que la capacidad de bombeo se ajusta exactamente a los requisitos del proceso, es decir, tanto el caudal como la altura se reducen.

Para saber cómo lograr un efectivo control de flujo de bombas centrífugas es necesario comprender los beneficios de utilizar variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas, ya que este es el método más eficiente en las aplicaciones de bombeo, porque regulan el consumo de energía con respecto a la carga estática del sistema y la eficiencia óptima de la bomba. 

La fórmula para calcular el consumo energético a través de los métodos para el control de flujo en bomba es conociendo la altura y el caudal:

P=Q x H

Un ejemplo de cómo actúan los variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas es cuando se tiene una bomba que suministra agua y el fluido es impulsado por un motor de inducción de velocidad fija, pero el flujo se controla con una válvula operada por un diafragma que recibe una señal del sistema de control de proceso (PLC o DCS).

Si se requiere menos flujo, la válvula está parcialmente cerrada, lo que reduce el flujo al valor deseado y aumenta la presión de la bomba a la misma velocidad, lo que se denomina aceleración del flujo, mientras que la caída de presión a través de la válvula hace que se pierda energía. Además, dado que la bomba funciona contra una presión más alta, se requiere más energía del motor.

A diferencia de utilizar válvulas de control, un motor de velocidad variable puede mejorar esta situación cuando se implantan los variadores de frecuencia, ya que el flujo varía al cambiar la velocidad del motor. Es decir, los variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas suministran una potencia trifásica de 50 o 60 Hertz y crean una salida trifásica de cualquier frecuencia deseada disminuyendo el consumo energético. 

Esto se ve cuando el motor cambia la velocidad y se adapta a la frecuencia suministrada, quedando la bomba funcionando a esta velocidad para producir el flujo deseado y como no hay regulación en el flujo la presión disminuye, por lo tanto, la potencia del motor requerida es mucho menor, logrando así un ahorro energético por tiempo prolongado.

Los sistemas de bombeo casi siempre requieren una variación del caudal y esta puede requerirse en el cabezal de la bomba, como por ejemplo cambios cíclicos en la presión del proceso o en su defecto cuando ocurre el bombeo a tanques con un nivel variable de líquido.

Algunos ejemplos comunes incluyen el ciclo diario en el consumo de agua potable, la demanda variable del proceso para una demanda de calefacción líquida o estacional.

A pesar de las variaciones, la capacidad de la bomba se selecciona de acuerdo con el caudal y la altura máxima o incluso para las necesidades futuras, quizás con un cierto margen de seguridad. La capacidad de bombeo promedio puede ser solo una fracción de la capacidad máxima y esto requerirá algún tipo de control como el uso de variadores de frecuencia.

3 métodos diferentes de los variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas 

Hay varios métodos para ajustar el flujo a los requisitos del sistema, los más comunes utilizados después de los variadores de frecuencia para el control de flujo en bombas son:

1. Regulación o estrangulamiento: Este opera bajo el principio de control del acelerador y es el método más utilizado. El flujo causado por la bomba de velocidad constante se reduce al aumentar las pérdidas en el sistema una vez se cierra la válvula. También se calcula con respecto al caudal y la altura.
2. Desvío: Aunque no es utilizado comúnmente, la derivación se aplica principalmente a las bombas de circulación y opera bajo el principio de la salida de flujo al sistema reduciendo el flujo al desviarlo hacia la descarga de la bomba y a la succión de la bomba. Esto significa que el flujo total aumenta, pero la cabeza disminuye.
3. Control de encendido y apagado: Este método se usa a menudo cuando el control continuo no es necesario, como mantener la presión en un tanque entre los límites predeterminados. La bomba está funcionando o detenida. El flujo promedio es la relación entre el tiempo de «encendido» y el tiempo «total» (encendido + apagado).

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